2013. október 10. (csütörtök) 14.00 18.00-ig szakmai elıadások vitafórum keretében a harmadik elıadás:

XVI. Újszegedi Bioépítészeti Napok címő kiállítás és konferencia Bálint Sándor Mővelıdési Ház, Szeged, Temesvári Krt. 42. 2013. október 8 19. A Magyar Bioépítészeti Egyesület és a Bálint Sándor Mővelıdési Ház szervezésében 2013. október 10. (csütörtök) 14.00 18.00-ig szakmai elıadások vitafórum keretében a harmadik elıadás: Földhı hıforrású hıszivattyús rendszerekkel összefüggı tévhitek és a tények Elıadó: KOMLÓS FERENC okl. gépészmérnök a Magyar Napenergia Társaság (ISES Hungary) Szoláris hıszivattyúk munkacsoportjának vezetıje Weblap: www.komlosferenc.info E-mail: komlosf@pr.hu 1

Tartalom A legegyszerőbb hıszivattyú vázlata és mőködése A hıszivattyúzás negatív attitődei, tévhitek A hıszivattyúzás elınyei Napjaink kérdése: kazán vagy hıszivattyú? Multifunkciós geotermikus hıszivattyú kapcsolási rajza Megújuló energia használatával kapcsolatos számítások Energetikai szempont Példák mőszaki-gazdasági tényadatok bemutatására Váltószelepes főtés hőtés vázlatrajzai Magyar Termék Nagydíjas (2012) hıszivattyúcsalád Javaslat, szemelvény és kitekintés 2

Mindenekelıtt ıszinte örömmel szeretném megköszönni Kiss Ernı igazgató és Monostory Péter elnök úrnak, hogy hıszivattyús témakörben Önöknek ismét elıadást tarthatok. Mottó A jövıt nem lehet megjósolni, de a jövıket föl lehet találni. Az ember feltaláló képessége hozta létre az emberi társadalmat. A feltaláló elıször elképzel valamit, ami eddig nem létezett, de aminek létrehozása kívánatosnak tőnik számára. Ezután racionálisan kezd gondolkodni elıre és hátra, amíg a meglévı valóságtól eljut találmánya megalkotásához. Gábor Dénes (1900 1979) Forrás: Marx György: A MARSLAKÓK ÉRKEZÉSE (392. oldal). Akadémiai Kiadó, Budapest, 2000. 3

A legegyszerőbb hıszivattyú vázlata és mőködése 4

A hıszivattyúzás negatív attitődei, tévhitek Csak új épületben lehetséges hatékonyan és gazdaságosan telepíteni, ezért nem illeszthetı hagyományos főtési rendszerekhez. Drága és kockázatos a megtérülése, sok a bizonytalanság arról, mennyire fog stabilan mőködni. Nincsenek igazán megbízható referenciák és megbízható szakemberek. Nagy a telepítés kockázata. Nem jelent energiafüggetlenséget, az ember ugyanúgy a multiktól és a drága áramköltségtıl függ. Csak ott éri meg, ahol hőtési illetve hidegenergia-igény van. Monovalens telepítéső hıszivattyú nem szerencsés, bivalens telepítéskor meg ugyanúgy kell a kazánépítés, ami drágítja a beruházást. Alkalmazása drága, kiegészítı főtésként azonban alkalmazása gazdaságos lehet. Nagyon sok a rossz példa is, talán több, mint a jó, nincsenek igazán hatékony garanciák. A gyakorlatban megvalósítható energiaarány 3 körül mozog, vagyis a hıszivattyú közelítıleg ennyiszer hatékonyabb a közvetlen villamos főtésnél. 5

A hıszivattyúzás elınyei A különbözı főtési megoldások között a hıszivattyús technika kiemelkedı minıségi elınyei: nincs helyi károsanyag-kibocsátása, megújuló energiát hasznosít és használata az energiahatékonyság növekedését jelenti. A hıszivattyús főtés olcsóbb*, mint az olaj**- vagy gázfőtés, és megtérülési ideje rövid. * Fodor Zoltán, Komlós Ferenc: Érvek, adatok, számítások a hıszivattyúk alkalmazásához. Gondolatok jelenünkrıl és jövınkrıl. Mérnök Újság 2013. június július digitális változata, + PLUSZ, (62 64. oldal). * * Magyarországon az olajfőtés drágább a földgázfőtésnél egy helytelen politikai döntés miatt. Akkoriban az ártorzítás gyakorlatilag megszüntette az olajfőtést. A rossz döntés mielıbbi megszüntetését javaslom! 6

Napjaink kérdése: kazán vagy hıszivattyú? A meglévı épületek hıszigetelésének és tömörségének fokozása már nemcsak a melegvízüzemő sugárzó főtéseknél (padló-, fal- és mennyezetfőtés) és a fan-coil-nál, hanem a hazánkban legelterjedtebb radiátoros központi főtéseknél is lehetıvé teszi a hıszivattyúk gazdaságos alkalmazását, amely mindenekelıtt a méretezési külsı hımérséklethez ( 15 C, 13 C és 11 C-hoz) tartozó, 90 C-nál jóval k isebb főtési elıremenı hımérsékletbıl adódik. Ekkor a szokásos hılépcsı 90/70 C helyett 63/57 C-ot alkalmazhatunk növelt hımérséklető geotermikus hıszivattyúk beépítésekor. A használati meleg víz (HMV) készítése a hıszivattyú körfolyamatának túlhevítési hıjével hatékony megoldás. Ún. váltószelepes hıszivattyúval hatékonyan hőteni lehet. Több országban a komfortigény növekedése miatt is terjed. 7

Főtı-aktív hőtı-hmv termelı multi funkciós fúrólyuk-hıcserélıs hıszivattyús rendszer elvi kapcsolási rajza

Természeti állandó energiaforrás illetve tiszta, megújuló energiaforrás meghatározása hıszivattyúzáskor (1) Vegyük például amikor a mőködtetı energia nem 100%-ban természeti állandó energiaforrásból illetve tiszta, megújuló energiaforrásból származik: ha a villamosenergia-termelés 7%-ban (kerekítve ennyi volt Magyarországon 2010-ben) természeti állandó energiaforrásból (Reményi Károly akadémikus nyomán) illetve tiszta, megújuló energiaforrásból származik, és a példabeli villamos hıszivattyú átlagos főtési tényezıje (SPF) = 4,0 (illetve 25%-ban villamos energiát és 75%-ban környezeti energiát használ), akkor az említett hıszivattyú 25 0,07 + 75 = 1,75 + 75 77%-ban természeti közvetlen energiaforrást illetve tiszta, megújuló energiaforrást hasznosít. 9

Természeti állandó energiaforrás illetve tiszta, megújuló energiaforrás meghatározása hıszivattyúzáskor (2) Még két feltételezett számadattal javasolható az elıbbi számítást elvégezni és az eredményt értékelni: ha a villamosenergia-termelés 20%-a megújuló energiaforrásból származik, és 25 0,20 + 75 = 5 + 75 80%-ban ha a villamos hıszivattyú átlagos főtési tényezıje (SPF) = 5,0 25 0,07 + 80 = 1,75 + 80 82%-ban 10

Egy tévhit és a számított tényadat A hıszivattyúval elméletileg 1 kwh villamos energia befektetése árán a veszteségeket is fegyelembe véve 2,5 kwh hıenergiát lehet nyerni. A hazai villamosenergia-rendszer átlagos hatásfoka, amivel helyileg a hıszivattyúknál számolni lehet: η = η erımő η hálózat ahol: η erımő a magyarországi összes erımőves technológiák hatásfokaiból és részarányából számítható, értéke a kezdettıl fogva növekedik ma is és elıre várhatóan a jövıben is határozottan nı; η hálózat hálózati hatásfok illetve szállítási és elosztási hatásfok, ez csak hosszabb távon növekvı érték. A fenti képlet számértékekkel behelyettesítve: η = 0,35 0,90 = 0,315, illetve 31,5% * Hıszivattyúval elméletileg 1 kwh villamos energia befektetése árán a veszteségeket is fegyelembe véve, kerekítve energetikai szempontból legalább 3,2 kwh (1/0,315) hıenergiát szükséges nyerni! * Forrás: Dr. Stróbl Alajos A hıszivattyú használatának mőszaki és gazdasági lehetıségei, feltételei címő vetítettképes elıadása. MTA Budapest, 2009. november 25. 11

Megtérülési idı, családi házas 15 kw főtési teljesítményő hıszivattyús rendszereket alapul véve új épületek esetén. Főtı - aktív hőtı - HMV termelı multifunkciós hıszivattyú* Hıszivattyús rendszer beruházás költsége áfa-val listaáron: 5 354 197 Ft. A beruházási költség minıségi gázkazánnal, split klímákkal, korszerő kéménnyel, tervezéssel, szereléssel, gázbevezetés költségével áfa-val: 2 540 000 Ft. Ez a szondás hıszivattyús rendszer egy max. 300 m 2 főtött alapterülető, 800 lm 3 főtött térfogatú 18 W/lm 3 fajlagos hıveszteségő (közepesen szigetelt) épület energiaellátását képes biztosítani monovalens módon. Az épület számított szezonális főtési energiaigénye (főtés+hmv): 31 372 kwh/a. *Példák: Magyar Installateur 23. évfolyam. 2013/augusztus szeptember (46. old.) Gázkazános rendszerrel η átlag = 80% A főtési költség gázkazánnal: 556 654 Ft/a. A számított hőtési költség split klímákkal: 146 403 Ft/a. Hıszivattyús rendszerrel: SCOP = 4,5 Elektromos áram felhasználása főtésre: 6972 kwh/a. Elektromos áram felhasználása hőtésre: 1609 kwh/a. A főtési költség: 209 844 Ft/a. A hőtési költség: 67 570 Ft/a. A költségmegtakarítás évente: 425 642 Ft/a. Beruházási többletköltség: 2 814 197 Ft/a. A várható megtérülési idı: 6,6 év. A várható megtérülési idı, 30%-os, max.1,5 millió Ft támogatással: 12 3,1 év.

Növényház főtése és hőtése talajvizes hıszivattyúval Forrás: Liong Chai Chengwei: STUDY ON A GROUNDWATER SOURCE HEAT PUNP COOLING SYSTEM IN SOLAR GREENHOUSE. CIGR - International Conference of Agricultural Engineering XXXVII. Congresso Brasileiro de Engenharia AgricolaBrazil, August 31 to Septenber 4, 2008. Hőtési üzemmód elvi kapcsolási rajza (nincs váltószelep) 13

Növényház ajánlat: hıszivattyú talajvizes főtéssel Forrás: Geowatt Kft. Mőszaki adatok Hıszigetelt üveggel rendelkezı 1 hektár (10 000 m 2 ) alapterülető növényházról készült ajánlat fıbb adatai paprika termesztésre. Az 500 kw-os hıszivattyús hıleadó rendszert 40/33 63/57 C hıfokszintekre, illetve hılépcsıre kell méretezni feltételezve, hogy talajfőtés is lesz. Költség adatok A hıszivattyús rendszer bekerülési költsége (nettó): 54 millió Ft. A földgázkazán fogyasztásához viszonyított üzemeltetési költségmegtakarítás évenként (nettó) 6 millió Ft. 14

Pellettüzeléső kazános- és ún. két kutas hıszivattyús rendszer összehasonlítása építészetileg felújított intézményeknél Forrás: Geowatt Kft. Két létesítmény épületfelújítás utáni főtése és HMV-vel ellátása Mőszaki adatok Összes főtött légköbméter: 6200 lm 3 + 4600 lm 3 = 10 800 lm 3. 2 db pellettüzeléső kazán összes teljesítménye: 90 kw + 50 kw = 140 kw. 3 db 120 l-es és 5 db 200 l-es villanybojler + pellet tárolók. 1 db Vaporline GBI66-HW és 1 db Vaporline GBI40-HW hıszivattyú 10 kw illetve 6 kw HMV kapacitással, 750 l-es és 500 l-es főtési- illetve 720 l-es és 500 l-es HMV tartály + kutak. Költség adatok A pellettüzeléső rendszer bekerülési költsége (bruttó): 34,4 millió Ft. A hıszivattyús rendszer bekerülési költsége (bruttó): 29 millió Ft. Beruházási költség megtakarítása: 5,4 millió Ft. 15

Reverzáló (főtı, hőtı és hmv elıállító) hıszivattyú hőtési üzemmódja 16

Reverzáló (főtı, hőtı és hmv elıállító) hıszivattyú főtési üzemmódja 17

A Geowatt Kft. magyar fejlesztéső és gyártású Vaporline márkanevő hıszivattyúk kitüntetése Magyar Termék Nagydíj -jal kitüntetett hıszivattyúcsalád ünnepélyes díjátadása 2012. szeptember 4-én volt a Parlament Felsıházi Termében. A trófeát és az oklevelet Bencsik János, az Országgyőlés Gazdasági és Informatikai bizottságának tagja, az Energetikai Albizottság elnöke adta át Fodor Zoltán (Geowatt Kft.) fejlesztımérnöknek (hollóházi porcelánváza a kezében). Szerzı: Lakos Gábor

Egy alföldi szállodába és romániai családi házakba tervezett multifunkciós hıszivattyúk a békéscsabai gyártóüzemben Fotó: Fodor Zoltán 19

Iparfejlesztési javaslat Idézet forrása: Lovas Rezsı akadémikus (szerk.): Köztestületi Stratégiai Programok 1. Áttekintés Magyarország energiastratégiájáról (61 62. oldal). MTA Bp. 2012. 6.2.3. Teendık A hıszivattyúk alkalmazása beindult. A vállalkozói lendületet érdemes kihasználni és használatukat megsokszorozni. A villamosenergia-szolgáltatóknak a szolgáltató és a fogyasztó közös érdekében a hıszivattyúk csúcsidıszaki használatát kizáró csökkentett tarifát kellene rendszerbe állítaniuk. A hıszivattyús rendszerek tervezéséhez szükséges energetikai és épületgépészeti ismeretek oktatásában fıleg az állami felsıoktatásnak kell szerepet vállalnia. A magyar ipar képes hıszivattyúkat és a földhı hasznosítását szolgáló egyéb berendezéseket gyártani és ezek ösztönzése ugyancsak állami feladat. A hasznosítás állami támogatása a földgáz-megtakarítás arányában indokolt. A támogatás itt is elsısorban a létesítésre adható, és a hıhasznosítót illeti meg. A környezeti hı hasznosításához szükséges berendezések gyártásának 20 meghonosítása is állami támogatást érdemel.

Szemelvény Magyarországban számos helyen, így Budapest egyes részein is olyan vízadó rétegek találhatók, amelyek jelentıs tárolt készlettel és vízadó képességgel rendelkeznek. Ezek a vízföldtani adottságok lehetıséget adnak épületek hıszivattyús főtésére és hőtésére. [1] A felszíni vizek (folyók, tavak) hıszivattyúzása csak kevés helyen lehetséges, de ott indokolt kihasználni nagyobb körzetek távhıellátására is. [2] A geotermiára alapozott hıellátás egyik speciális fajtája a hıszivattyú, amely az eltérı hımérséklető közegek között mozgatja a hıt. Kedvezı lehetıséget jelentenek a hıszivattyúk alkalmazására a fürdık és az egyéb elfolyó vizek, amelyek hıtartalma hıszivattyúval nagyon kedvezıen hasznosítható. [3] Megítélésem szerint, ha a gépészetben a XIX. század a gızgép, a XX. század az elektromosság korszaka volt, akkor a XXI. század leginkább a hıszivattyú korszakává válik! [4] [1] Székely Ferenc Dsc.: Vízszint és hımérséklet változások numerikus modellezése hıszivattyúhoz kapcsolt talajvízkutakban címő, Magyar Hidrológiai Társaság Hidrogeológiai Szakosztály 2009. március 10-i vetítettképes elıadása. [2] Büki Gergely: A földben termett energia hasznosítása. Fizikai Szemle LX. Évfolyam 6. szám, 2010. június (181 189. oldal). [3] Szentgyörgyi Zsuzsa (szerkesztı): Tanulmányok a magyarországi energetikáról. Magyar Tudományos Akadémia Budapest, 2008. Láng István: Megújuló energiaforrások: pró és kontra. Nap-, szél-, geotermikus, bioenergia környezet és gazdaságosság (196. oldal). [4] Komlós Ferenc: A hıszivattyúk gyakorlati alkalmazásának lehetıségei a mezıgazdaságban. MAG Kutatás, Fejlesztés és Környezet, XX. Évfolyam, 2006. június-júliusi szám (32 37 oldal). 21

Kitekintés az Egyesült Királyságban 2012. szeptemberben készített energiastratégiára* Külön foglalkoztak a hıigények alakulásával. A hıszivattyúk száma például a 2001. évi majdnem nulla szintrıl harminc év alatt a zöld fejlıdésben 9 millióra, a gyors növekedésben 13 millióra nı, és csak a lassú növekedésben marad egy millió alatt. Az Egyesült Királyságban a lakossági hıigény 85%-át ma földgáztüzeléső kazánokkal elégítik ki. Ez a részarány 2025-re 75%-ra mérsékelhetı, majd utána egy negyed évszázad alatt 10%-ig csökkenhet ennek a technológiának a szerepe. Természetesen a mai szilárd tüzelıanyagok és az olaj használata megszőnhet. A levegıt, mint hıforrást használó hıszivattyúk mai elhanyagolható részaránya 2025-ig 10% fölé, 2050-re 40%-ra nıhet. A talaj hıjét hasznosító hıszivattyúk terjedése 2030-ban indulhat... * Dr. Stróbl Alajos: Az európai (ENTSO-E) villamosenergia-ellátás változásainak jelzése. Tanulmány (kézirat: 61., 65. és 66. oldal). Budapest, 2013. július 15.

Összefoglalás A megoldás ebben a témában már nem technikai jellegő, hanem új etikát, szemléletet, megközelítéseket követel. Fontos, hogy a béklyókat levetve, szakmai és gazdasági szempontból korrekt, társadalmilag is elfogadható új szintézis legyen a gondolkodásban. A paradigmaváltás már nem halasztható tovább ezen az egyre fontosabbá váló energetikai szakterületen. A hıszivattyús rendszerek elınyeit, hátrányait és gazdasági kihatásait az értelmiségnek, a mérnöki társadalomnak mielıbb fel kell tárnia és közismertté kell tennie! 23

Ajánlott irodalom Komlós Ferenc Fodor Zoltán Kapros Zoltán Dr. Vajda József Vaszil Lajos: Hıszivattyús rendszerek. Heller László születésének centenáriumára. Magánkiadás: Komlós F., Dunaharaszti, 2009. www.komlosferenc.info (Magyar és angol nyelven megjelent szakkönyv a BME OMIKK-ban is megtalálható.) A lektorált 215 oldalas, A4 formátumú szakkönyv 27 táblázatot és 152 ábrát tartalmaz. 24